JP2010135524A

JP2010135524A - 研削加工されたシリコン基盤の洗浄方法

Info

Publication number: JP2010135524A
Application number: JP2008309280A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Yamamoto; 栄一山本; Toshihiro Ito; 利洋伊東
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-06-17

Abstract

【課題】０．２μｍ径以下の異物の付着が１０個以下のシリコン基盤鏡面を得る洗浄方法の提供。
【解決手段】研削加工されたシリコン基盤面に水系研磨剤スラリーを供給しながらシリコン基盤面を第一バフ研磨加工してシリコン基盤面の研削痕を除去し、ついで、この第一バフ研磨加工されたシリコン基盤面に水系研磨剤スラリーをより多量に供給しながら、かつ、より低速、低圧でシリコン基盤面を第二バフ研磨加工してシリコン基盤面の親水性を増加させ、しかる後に、このバフ研磨加工シリコン基盤面をアルカリ洗浄し、最後に純水洗浄し、０．２μｍ径以下の異物付着個数が１０個以下のシリコン基盤の鏡面を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン基盤表面にプリント配線が施されている半導体基板の洗浄方法に関する。詳しくは、裏面研削されたシリコン基盤面をバフ研磨加工した後、この研削・研磨加工シリコン基盤面を薬剤洗浄して０．２μｍ径以下の異物粒子（研削屑や研磨屑）の付着が１０個以下のシリコン基盤鏡面を得る洗浄方法に関する。

半導体基板裏面のシリコン基盤面を研削加工し、ついで、コロイダルシリカやセリア粒含有研磨剤スラリーをシリコン基盤面に供給しながらポリウレタン製バフ（研磨パッド）をシリコン基盤面に摺擦させて研削スクラッチや研削ストレスを除去する剥離厚み２〜５μｍの研磨加工を行った後、得られた研削・研磨加工シリコン基盤面に純水を供給して厚み２０〜１００μｍの半導体基板を製造する基板表面平坦化装置が提案され、実際に８０〜１００μｍの厚みの半導体基板の生産に利用されている（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照。）。

また、図４に示す半導体基板裏面の平坦化装置１０を特許出願人は提案している（例えば、特許文献４参照。）。

この平坦化装置１０は、基板収納ステージ１３，１３を室仕切壁１２の外側に備え、室仕切壁１２の内側にはベース１１上に多関節型搬送ロボット１４、位置合わせ機能付エッジ面取りテープ研磨機器１５０、研削加工ステージ２０、一対の天井吊り下げ型移動型搬送パッド１６ａ，１６ｂ、研磨加工ステージ７０、基板薬剤洗浄機器９、基板搬送パッド１６ｃを備える。この平坦化装置１０の室仕切壁１２の左側には次工程の保護テープ剥離ステージ３００が設けられている。

この平坦化装置１０の正面側から背面側に向かって、室外の右側に基板収納ステージ１３，１３を設け、室内においては、室内の前列目に前記基板収納ステージ近傍の右側位置に多関節型搬送ロボット１４を、その多関節型搬送ロボットの左側の中央位置に研磨ステージ７０を、その研磨ステージの左側の左側位置に基板薬剤洗浄機器よりなる基板薬剤洗浄ステージ９を設け、および前記多関節型搬送ロボット１４と研磨ステージ７０の間に第一の乾燥空気吹きつけ機器８ａを設け、前記多関節型搬送ロボット１４の後列右側に位置合わせ機能付エッジ面取りテープ研磨機器１５０を、および前記多関節型搬送ロボットの後列中央側に時計廻り方向に基板ローディング／基板アンローディングステージＳ_１、粗研削ステージＳ_２、および、仕上研削ステージＳ_３の３つのステージを構成する３台の基板ホルダーテーブル３０ａ，３０ｂ，３０ｃを第１インデックス型回転テーブル２に同心円周上に配置した研削加工ステージ２０を設けるとともに、前記関節型搬送ロボットおよび基板ローディング／基板アンローディングステージＳ_１を挟む位置に天井吊り下げ型基板搬送パッド１６ａ，１６ｂの一対を設け、かつ、前記基板薬剤洗浄ステージ９の後列であって前記研磨ステージ７０の左側位置に第三の基板搬送パッド１６ｃと第二の乾燥空気吹きつけ機器８ｂを並設させている。

基板ローディング／基板アンローディングステージＳ_１を構成する基板ホルダーテーブル３０ａ上方に、基板ホルダーテーブル上面を洗浄する回転式チャッククリーナ３８ｂおよび仕上げ研削加工された基板面を洗浄する回転式洗浄ブラシ３８ａの一対を備える洗浄機器３８を基板ホルダーテーブル３０ａ上面に対し垂直方向および平行方向に移動可能に設けている。

粗研削ステージＳ_２を構成する基板ホルダーテーブル３０ｂ上方に粗研削カップホイール型ダイヤモンド砥石９０を備えるスピンドルを基板ホルダーテーブル３０ｂ上面に対し昇降可能に設け、および、仕上研削ステージＳ_３を構成する基板ホルダーテーブル３０ｃ上方に仕上研削カップホイール型ダイヤモンド砥石９１を備えるスピンドルを基板ホルダーテーブル３０ｃ上面に対し昇降可能に設けている。

基板ホルダーテーブル３０ａと多関節型搬送ロボット１４と一対の天井吊り下げ型基板搬送パッド１６ａ，１６ｂと回転式チャッククリーナおよび回転式洗浄ブラシを備える洗浄機器３８とで基板ローディング／基板アンローディングステージＳ_１を構成し、基板ホルダーテーブル３０ｂと粗研削カップホイール型ダイヤモンド砥石９１と２点式インプロセスゲージ６とで粗研削ステージＳ_３を構成し、基板ホルダーテーブル３０ｃと仕上研削カップホイール型ダイヤモンド砥石９１と非接触型基板厚み測定機器とで仕上研削ステージＳ_３を構成する。

研磨ステージ７０は、基板ローディング／基板アンローディング／仕上研磨ステージｐｓ_１を構成する基板ホルダーテーブル７０ａと、粗研磨ステージｐｓ_２を構成する基板ホルダーテーブル７０ｂを第２インデックス型回転テーブル７１に同心円上に等間隔に配置して設ける。この基板ローディング／基板アンローディング／仕上研磨ステージｐｓ_１を構成する基板ホルダーテーブル７０ａ上方に、研磨剤スラリー液供給機構７２および仕上げ研磨パッド７３を回転可能に軸承するスピンドル７４を基板ホルダーテーブル７０ａと仕上げ研磨パッド７３と研磨剤スラリー液供給機構７２とで基板仕上粗研磨ステージｐｓ_１を構成する。研磨剤スラリー液供給機構７２’および粗研磨パッド７３’を回転可能に軸承するスピンドル７４を基板ホルダーテーブル７０ｂと粗研磨パッド７３’と研磨剤スラリー液供給機構７２’とで基板粗研磨ステージｐｓ₂を構成する。基板ロ−ディング／基板アンローディング／仕上研磨ステージｐｓ_１の仕上げ研磨パッド７３の揺動軌跡上にはパッドコンディショナ７５が設けられ、仕上げ研磨パッド７３の下面を砥石７５ａで削り、毛羽立たせるとともに、洗浄水７５ｂが仕上げ研磨パッド面に供給され、洗浄する。また、粗研磨ステージｐｓ_１の粗研磨パッド７３’の揺動軌跡上にもパッドコンディショナ７５が設けられ、粗研磨パッド７３の下面を砥石７５ａで削り、毛羽立たせるとともに、洗浄水７５ｂが粗研磨パッド面に供給され、洗浄する。

一方、異物粒子付着の少ないシリコン基盤面を得る薬剤洗浄方法として、（１）ＳＣ１（過酸化水素水＋アンモニア水＋純水）で洗浄した後、ＳＣ２（過酸化水素水＋塩酸＋純水）で洗浄する方法（例えば、特許文献５参照）、（２）ＳＣ１洗浄後、塩酸／フッ化水素水／純水混合液で洗浄する方法（例えば、特許文献６参照）、（３）ＳＣ１洗浄し、ついでＳＣ２洗浄した後、オゾン水とフッ化水素水の混合薬剤で洗浄する方法（例えば、特許文献７参照）、（４）オゾン水とフッ化水素水の混合薬剤で洗浄する方法（例えば、特許文献８参照）、（５）アミンと海面活性剤とオゾン水の混合薬剤で洗浄する方法（例えば、特許文献９参照）も提案され、これら洗浄薬剤も市販されている。

特開２０００−２５４８５７号公報特開２００５−１５３０９０号公報米国特許第７，３２８，０８７号明細書特許願２００８−１８３３９８号明細書特開平６−２６７９１８号公報特開平８−１７７７６号公報特開２００６−３０３０８９号公報特開平２００８−２１９２４号公報特開平２００７−４８９１８号公報

前記特許文献１，特許文献２および特許文献３に記載の純水を用いる洗浄方法では、粒子径１．０μｍ以下の異物付着が約１００〜３００個、０．２μｍ径以下の異物の付着が３，０００〜１２，０００個も存在し、半導体基板の搬送中や加工中に基板が破損することがあり、半導体チップ製造メーカーからは、厚み２０〜５０μｍの半導体基板のシリコン基盤面への０．２μｍ径以下の異物の付着が１００個以下であるシリコン基盤面が得られる平坦化装置の出現が望まれている。

前記特許文献３に記載の平坦化装置で製造された半導体基板のシリコン基盤面の洗浄薬剤として、前記特許文献４，特許文献５，特許文献６等に記載のシリコン基盤面を先にアルカリ洗浄した後、酸洗浄する薬剤洗浄方法を適用したところ、異物の溶解、剥離が進行し、０．２μｍ径以下の異物の付着が２３０〜２，２００個程度と大幅に減少することが見出された。また、特許文献９に記載のアルカリ洗浄のみでも０．２μｍ径以下の異物の付着が２３０〜２，３００個程度と大幅に減少する

本願発明者等は、前記薬剤洗浄の異物粒子除去効果の幅が大きく異なることからこの効果の差をもたらす研磨加工シリコン基盤面の親水性・疎水性の物性を調べたところ、水系研磨剤スラリーおよび研磨パッドを用いて研削痕を取り除くバフ研磨加工を行った後に、このバフ研磨加工の水系研磨剤スラリー供給条件よりより多量の水系研磨剤スラリーを供給しながらかつ、より低速の研磨速度条件で第二のバフ研磨加工を行うとシリコン面に酸化珪素が形成され、親水性が向上し、後工程のアルカリ洗浄工程における異物粒子の除去が容易となり、より高い清浄面を得ることが可能であることを見出した。

本願発明は、０．２μｍ径以下の異物の付着が１０個以下のシリコン基盤面が得られる研削シリコン基盤面の薬剤洗浄方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、研削加工されたシリコン基盤面に水系研磨剤スラリーを供給しながらシリコン基盤面に回転する研磨パッドをシリコン基盤面に押し当てながら摺擦させてシリコン基盤面の研削痕を取り除く第一バフ研磨加工を行った後、ついで、このバフ研磨加工されたシリコン基盤面に水系研磨剤スラリーを第一バフ研磨加工時よりも多量に供給しながらシリコン基盤面に回転する研磨パッドをシリコン基盤面に押し当てながらより低速で摺擦させてシリコン基盤面を研磨する第二バフ研磨加工を行い、しかる後に、この研磨加工シリコン基盤面をアルカリ洗浄し、最後にシリコン基盤面を純水で洗浄することを特徴とする、シリコン基盤の洗浄方法を提供するものである。

請求項２の発明は、第一バフ研磨加工は、水系研磨剤スラリーを５０〜１５０ｃｃ／分の量供給しながらシリコン基盤面に懸かる研磨パッドの圧力を１５０〜３００ｇ／ｃｍ^２、研磨パッドの回転数を２００〜３００ｒｐｍで摺擦させてシリコン基盤面を２〜５μｍ剥離させる第一バフ研磨加工であり、第二バフ研磨加工は、水系研磨剤スラリーを２００〜４００ｃｃ／分の量供給しながらシリコン基盤面に懸かる研磨パッドの圧力を２０〜１００ｇ／ｃｍ^２、研磨パッドの回転数を１５〜３０ｒｐｍで摺擦させてシリコン基盤面を０．１〜０．３μｍ剥離させる第二バフ研磨加工であることを特徴とする、請求項１に記載のシリコン基盤の洗浄方法を提供するものである。

請求項１に記載のシリコン基盤の洗浄方法は、バフ研磨工程を、研削痕を除く第一段のバフ研磨工程と、シリコン基盤面の親水性を増加させる第二段のバフ研磨工程に振り分けることにより、後に続く薬剤洗浄工程におけるシリコン基盤面付着異物除去を効果的に行うことができる。

請求項２に記載のシリコン基盤の洗浄方法は、実用に適したバフ研磨加工条件をしめすものである。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。図１は半導体基板のシリコン基盤面平坦化装置の平面図である。

本願発明のシリコン基盤の洗浄方法は、例えば、図１で開示される平坦化装置１０を用いて実施することができる。半導体基板裏面のシリコン基盤面を粗研削加工、ついで仕上げ研削加工し、この研削加工されたシリコン基盤面に水系研磨剤スラリーを５０〜１５０ｃｃ／分の量供給しながらシリコン基盤面に懸かる研磨パッドの圧力を１５０〜３００ｇ／ｃｍ^２、研磨パッドの回転数を２００〜３００ｒｐｍで摺擦させて研削痕を取り除く第一バフ研磨加工を行った後、ついで、このバフ研磨加工されたシリコン基盤面に水系研磨剤スラリーを２００〜４００ｃｃ／分の量供給しながらシリコン基盤面に懸かる研磨パッドの圧力を２０〜１００ｇ／ｃｍ^２、研磨パッドの回転数を１５〜３０ｒｐｍで摺擦させる第二のバフ研磨加工を行い、しかる後に、このシリコン基盤面をアルカリ洗浄し、もしくは、第一回アルカリ洗浄し、次いで酸洗浄を行った後に第二回アルカリ洗浄を行い、最後にシリコン基盤面を純水で洗浄し、０．２μｍ径以下の異物粒子（研削屑や研磨屑）の付着が１０個以下のシリコン基盤鏡面を得る。

研磨パッドは、粗研磨パッドと仕上げ研磨パッドの２基が使用され、ポリウレタン発泡樹脂製パッド、積層ポリウレタン発泡樹脂製パッド、繊維補強ポリウレタン発泡樹脂製パッド、スエードなどが使用される。

水系研磨剤スラリーとしては、シリカコロイダル、ヒュームドシリカ分散スラリー、セリア分散スラリー、あるいは、これら水系研磨剤スラリーにエタノールアミンまたはテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの促進剤、界面活性剤、テトラエチレンジアミン等のキレート剤を配合した固形砥粒水分散スラリーが使用できる。例えば、デュポン・エアープロダクト社のＳＲ３００（商品名）、フジミインコーポレーテッド社のＲＤＳ−１０８１１（商品名）、Ｇｌａｎｚｏｘ１３０３（商品名）などが使用できる。

純水としては、脱イオン交換水、蒸留水、深海層水などが使用される。

アルカリ洗浄液としては、ＳＣ１（過酸化水素水＋アンモニア水＋純水）、ＳＣ１に錯化剤やテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを配合した液、過酸化水素水に苛性カリと超純水を配合した液など市販のアルカリ洗浄液が利用できる。

アルカリ洗浄のみでも異物粒子除去効果は十分であるが、アルカリ洗浄と酸洗浄を組み合わせるとより異物除去効果が向上する。かかる酸洗浄液としては、ＳＣ２（過酸化水素水＋塩酸＋純水）、過酸化水素水とフッ酸と純水の混合液、オゾン水、オゾン水にフッ酸を配合した液、塩酸とフッ酸の純水希薄液などが挙げられ、これらは市場から入手できる。

実施例１
図１に記載の半導体基板用平坦化装置を用い、以下の工程を経てシリコン基盤の厚みが７２０μｍ、表面に保護テープが貼付されている直径３００ｍｍの半導体基板裏面のシリコン基盤面の厚みを約３０μｍ前後までにする厚み削減と平坦化と薬剤洗浄を行った。

基板収納ステージの収納カセット内に保管されている半導体基板を多関節型搬送ロボットの吸着パッドに吸着し、位置合わせ機能付エッジ面取りテープ研磨機器のチャックテーブル上に搬送し、そこで半導体基板のセンタリング位置調整およびエッジ研磨加工を行った。

ついで、粗研削ステージで砥番砥番３３０の粗研削カップホイール型ダイヤモンドレジンボンド砥石を用いて半導体基板のシリコン基盤面を粗研削加工（基板の回転数は３００ｒｐｍ、砥石軸の回転数は１，８００ｒｐｍ）し、シリコン基盤面を６６０μｍ削り取った。

この粗研削加工された半導体基板のシリコン基盤面を仕上研削ステージで砥番５，０００のカップホイール型ダイヤモンドレジンボンド砥石を用いて粗研削加工された半導体基板のシリコン基盤面を仕上げ研削加工（基板の回転数は３００ｒｐｍ、砥石軸の回転数は１，８００ｒｐｍ）し、シリコン基盤面を３０μｍ削り取り、シリコン基盤の厚みを３０μｍに低減させた。ついで、研削加工シリコン基盤面に純水を供給しながらブラシ洗浄を行った後、乾燥空気を吹きつけ乾燥させた。得られたシリコン基盤面には、研削条痕が見受けられた。

研削加工された半導体基板を研磨ステージへ移送させた後、この研削加工されたシリコン基盤面にヅポン・エアープロダクト社のシリカ系粒子分散水系研磨剤スラリー“ＳＲ３００”(商品名)を１００ｃｃ／分の量供給しながらシリコン基盤面に懸かる研磨パッドの圧力を２３０ｇ／ｃｍ^２、研磨パッドの回転数を２５０ｒｐｍ、半導体基板の回転数を１５０ｒｐｍで摺擦させて研削痕を取り除くバフ研磨加工を６分間行った。シリコン基盤面の厚みは、３μｍ低減した。

ついで、このバフ研磨加工されたシリコン基盤面にシリカ系粒子分散水系研磨剤スラリー“ＳＲ３００”(商品名)を３００ｃｃ／分の量供給しながらシリコン基盤面に懸かる研磨パッドの圧力を５０ｇ／ｃｍ^２、研磨パッドの回転数を２０ｒｐｍ、半導体基板の回転数を２０ｒｐｍで摺擦させる第二バフ研磨加工を４分間行った。シリコン基盤面の厚みは、更に０．１μｍ低減した。このシリコン基盤面に付着している粒子の個数は、０．２μｍ以下の粒子は５，１２８個、１．０μｍ以上の粒子は２３３個であった。

しかる後に、この研削加工、バフ研磨加工されたシリコン基盤面に薬剤ＳＣ１を５００ｃｃ／分の量供給するアルカリ洗浄を２分間行い、次いで純水で洗浄し、スピン乾燥させて０．２μｍ径以下の異物粒子（研削屑や研磨屑）の付着が６個、表面平均粗さ（Ｒａ）が０．００２μｍのシリコン基盤鏡面を有する半導体基板を得た。

実施例２
実施例１において、バフ研磨加工されたシリコン基盤面の薬剤洗浄を、ＳＣ１を５００ｃｃ／分の量供給する第一回のアルカリ洗浄を１分間行い、しかる後に、薬剤ＳＣ２を３００ｃｃ／分の量供給する酸洗浄を１分間、ついで、ＳＣ１を５００ｃｃ／分の量供給する第二回のアルカリ洗浄を１分間行たのち、最後にこれら薬剤洗浄されたシリコン基盤面を純水で洗浄し、スピン乾燥させて０．２μｍ径以下の異物粒子（研削屑や研磨屑）の付着が２個、表面平均粗さ（Ｒａ）が０．００２μｍのシリコン基盤鏡面を有する半導体基板を得た。

比較例１
実施例１において、第一回のバフ研磨加工時間を１０分間とし、次の第二バフ研磨加工は省略して行わなかった外は同様にして、シリコン基盤面の厚みを２．０μｍ低減する研磨加工を行った。ついで、ＳＣ１でアルカリ洗浄を行った。薬剤洗浄された半導体基板のシリコン基盤面の０．２μｍ径以下の異物粒子付着数は２，３５７個であり、表面平均粗さ（Ｒａ）が０．０４μｍの半導体基板を得た。

実施例３
実施例１において、研磨剤スラリーとしてＳＲ３００の代わりにフジミインコーポレーテッド社のＲＤＳ−１０８１１を用いる外は同様にしてシリコン基盤面の厚みが２７μｍ、薬剤洗浄された半導体基板のシリコン基盤面の０．２μｍ径以下の異物粒子付着数が８個であり、表面平均粗さ（Ｒａ）が０．００２μｍの半導体基板を得た。

実施例４
実施例１において、研磨剤スラリーとしてＳＲ３００の代わりにフジミインコーポレーテッド社のＧｌａｎｚｏｘ１３０３を用いる外は同様にしてシリコン基盤面の厚みが２７μｍ、薬剤洗浄された半導体基板のシリコン基盤面の０．２μｍ径以下の異物粒子付着数が７個であり、表面平均粗さ（Ｒａ）が０．００２μｍの半導体基板を得た。

実施例５
実施例１において、第二バフ研磨加工時のシリコン基盤面に懸かる研磨パッドの圧力５０ｇ／ｃｍ^２を、３０ｇ／ｃｍ^２または８０ｇ／ｃｍ^２と変える外は同様にして、薬剤洗浄されたシリコン基盤面の０．２μｍ径以下の異物粒子付着数が９個または３個の半導体基板を得た。

実施例６
実施例１において、第二研磨加工時の研磨パッドの回転数２０ｒｐｍを、１５ｒｐｍまたは３０ｒｐｍと変える外は同様にして、薬剤洗浄されたシリコン基盤面の０．２μｍ径以下の異物粒子付着数が９個または２個の半導体基板を得た。

実施例６
実施例１において、仕上げバフ研磨加工時の水系研磨剤スラリーの供給量３００ｃｃ／分を、２５０ｃｃ／分または３８０ｃｃ／分と変える外は同様にして、薬剤洗浄されたシリコン基盤面の０．２μｍ径以下の異物粒子付着数が６個または７個の半導体基板を得た。

本発明の研削加工されたシリコン基盤の洗浄方法は、０．２μｍ径以下の異物粒子（研削屑や研磨屑）の付着が１０個以下のシリコン基盤鏡面を得ることができる。よって、この洗浄された半導体基板の搬送時や、後工程の加工において半導体基板が割れることが防止できる。

半導体基板の平坦化装置の平面図である。

Claims

研削加工されたシリコン基盤面に水系研磨剤スラリーを供給しながらシリコン基盤面に回転する研磨パッドをシリコン基盤面に押し当てながら摺擦させてシリコン基盤面の研削痕を取り除く第一バフ研磨加工を行った後、ついで、このバフ研磨加工されたシリコン基盤面に水系研磨剤スラリーを第一バフ研磨加工時よりも多量に供給しながらシリコン基盤面に回転する研磨パッドをシリコン基盤面に押し当てながらより低速で摺擦させてシリコン基盤面を研磨する第二バフ研磨加工を行い、しかる後に、この研磨加工シリコン基盤面をアルカリ洗浄し、最後にシリコン基盤面を純水で洗浄することを特徴とする、シリコン基盤の洗浄方法。
第一バフ研磨加工は、水系研磨剤スラリーを５０〜１５０ｃｃ／分の量供給しながらシリコン基盤面に懸かる研磨パッドの圧力を１５０〜３００ｇ／ｃｍ^２、研磨パッドの回転数を２００〜３００ｒｐｍで摺擦させてシリコン基盤面を２〜５μｍ剥離させる第一バフ研磨加工であり、第二バフ研磨加工は、水系研磨剤スラリーを２００〜４００ｃｃ／分の量供給しながらシリコン基盤面に懸かる研磨パッドの圧力を２０〜１００ｇ／ｃｍ^２、研磨パッドの回転数を１５〜３０ｒｐｍで摺擦させてシリコン基盤面を０．１〜０．３μｍ剥離させる第二バフ研磨加工であることを特徴とする、請求項１に記載のシリコン基盤の洗浄方法。